DOI: 10.22184/2070-8963.2024.119.3.76.78

Проанализированы основные функциональные возможности мониторинга на принципах рассеяния Рэлея. Представлен анализ среды распространения импульсного излучения накачки, расчет фиксации отклика, вызванного потоком обратного рэлеевского рассеяния на основе методов математического моделирования, определяющего взаимосвязь микро- и макропараметров оптического волокна.

sitemap
Наш сайт использует cookies. Продолжая просмотр, вы даёте согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь с нашей Политикой Конфиденциальности
Согласен
Поиск:

Вход
Архив журнала
Журналы
Медиаданные
Редакционная политика
Реклама
Авторам
Контакты
TS_pub
technospheramag
technospheramag
ТЕХНОСФЕРА_РИЦ
© 2001-2025
РИЦ Техносфера
Все права защищены
Тел. +7 (495) 234-0110
Оферта

Яндекс.Метрика
R&W
 
 
Вход:

Ваш e-mail:
Пароль:
 
Регистрация
Забыли пароль?
Книги по связи
Другие серии книг:
Мир связи
Библиотека Института стратегий развития
Мир квантовых технологий
Мир математики
Мир физики и техники
Мир биологии и медицины
Мир химии
Мир наук о Земле
Мир материалов и технологий
Мир электроники
Мир программирования
Мир строительства
Мир цифровой обработки
Мир экономики
Мир дизайна
Мир увлечений
Мир робототехники и мехатроники
Для кофейников
Мир радиоэлектроники
Библиотечка «КВАНТ»
Умный дом
Мировые бренды
Вне серий
Библиотека климатехника
Мир транспорта
Мир фотоники
Мир станкостроения
Мир метрологии
Мир энергетики
Книги, изданные при поддержке РФФИ
Выпуск #3/2024
О.Г.Митченкова
РАССЕЯНИЕ РЭЛЕЯ В ОПТИЧЕСКОМ ВОЛОКНЕ
Просмотры: 1273
DOI: 10.22184/2070-8963.2024.119.3.76.78

Проанализированы основные функциональные возможности мониторинга на принципах рассеяния Рэлея. Представлен анализ среды распространения импульсного излучения накачки, расчет фиксации отклика, вызванного потоком обратного рэлеевского рассеяния на основе методов математического моделирования, определяющего взаимосвязь микро- и макропараметров оптического волокна.
Рассеяние Рэлея в оптическом волокне

О.Г.Митченкова, инженер 2 категории департамента эксплуатации сетей доступа

ОДС АО "Казахтелеком", г. Кокшетау, аспирант СибГУТИ / oksana_mitchenko@mail.ru
УДК 621.391.63:681.7.068, DOI: 10.22184/2070-8963.2024.119.3.76.78

Проанализированы основные функциональные возможности мониторинга на принципах рассеяния Рэлея. Представлен анализ среды распространения импульсного излучения накачки, расчет фиксации отклика, вызванного потоком обратного рэлеевского рассеяния на основе методов математического моделирования, определяющего взаимосвязь микро- и макропараметров оптического волокна.

Введение
Регламентированный контроль параметров волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) является основой технической эксплуатации линейно-кабельного оборудования. В этой связи задача мониторинга оптического тракта является весьма актуальной. Технологический уровень систем мониторинга позволяет оценить ключевые моменты технического обслуживания сети методами обратного рассеяния Рэлея и спектрального анализа Мандельштама – Бриллюэна.

Особенности компонентов рассеяния Рэлея
В реальной неоднородной среде [1] свет распространяется равномерно без преимущественной ориентации, так как статистические флуктуации локальной диэлектрической проницаемости (ε) и коэффициента преломления (n) связаны зависимостью:
n=√εμ,
где: μ − магнитная проницаемость.

Для кварца μ = 1, тогда n = √ε.

При мониторинге ВОЛС средой распространения является сердечник оптического волокна (ОВ), которое изготавливается из химически чистого кварца SiO2. По сердечнику распространяется импульсное излучение длиной волны λ = 1550 нм.

Требования процесса производства ОВ к контролю чистоты и качества кварца такие же строгие, как принятые в полупроводниковой промышленности. Однако получить чистый на 100% кварц невозможно из-за остатков примесей ионов металлов и гидроксильных групп (OH), которые образуют центры рассеяния Рэлея.

Фактически такая направляющая среда представляет собой диэлектрический волновод, в котором распространяются электромагнитные колебания оптического диапазона частот − порядка 1014 Гц. Рэлеевское рассеяние индуцируется неоднородностью направляющей среды оптического волокна, где происходит формирование аккустической волны (рис.1) при воздействии энергии импульсного излучения накачки.

Основные компоненты рассеяния Рэлея, краткие характеристики и формулы, устанавливающие взаимо­связь микро- и макропараметров среды распространения излучения накачки, представлены в табл.1.

Значение километрического затухания, рассчитанного по формуле п. 4 обратно пропорционально четвертой степени длины волны и составляет 0,118 дБ/км, что определяет значение мощности обратно рассеянной волны в п.3.

Потери мощности обратно-рассеянного оптического излучения Рэлея:
Px = 0,5P0·∆t·10-5 e-2αx,
Px = 0,5P0·∆t·S·vгр·αd·e-2αx,
где P0 − мощность излучения накачки;
α − километрическое затухание оптического волокна;
x − расстояние до места неоднородности ОВ.

Рассеяние Рэлея объединяет время и пространство понятиями акустическая волна и законами геометрической оптики, что пояснено в п.6 табл.1. При движении акустической волны вдоль сердечника ОВ за счет фотоупругого эффекта кварца происходит периодическая модуляция показателя преломления. Скорость распространения акустической волны изменяется от 5,7 · 103 до 5,94 · 103 м/с согласно выражению:
va=√E/ρ, м/с,
где Е = 71 ГПа − модуль упругости Юнга;
ρ = 2200 кг м3 − удельный коэффициент плотности среды, зависит от параметров сердечника оптического волокна в отклике зондирующего излучения.

Взаимодействие волны импульсного излучения и акустической волны определяется соотношением, приведенным в п.6 табл.1:
λA = λИЗЛ/2n·sinΘ/2, нм,
где n − оптический показатель преломления,
Θ − угол между направлением распространения падающей и отраженной волны.
Эволюция формирования компонентов акустической волны определяется законами волновой и геометрической оптики. Пространственно-временные характеристики рассеяния Рэлея в ОВ способствовали определению километрического затухания согласно выражению [2]:
, дБ/км,
где n – коэффициент преломления среды: 1,48;
k − постоянная Больцмана: 1,38 · 10–23 Дж/К;
T − температура затвердевания кварцевого стекла при вытяжке ОВ: 1500 К;
β − коэффициент изотермической сжимае­мости кварца: 8,1 · 10–11 м2/H;
λ − длина волны импульсного излучения накачки 1,568 · 10–6 м.

Заключение
Представлен процесс рассеяния Рэлея, который определяет количественные параметры основных характеристик ОВ согласно законам геометрической и волновой оптики. Оптическая рефлектометрия на принципах рассеяния Рэлея является одной из эффективных технологий контроля пространственно-временных характеристик оптического волокна.

Дальнейшие разработки измерительной техники и метрологического обеспечения специа­листов линейно-кабельных сооружений − это практическая реализация динамики развития и внедрения оптических технологий в сетях телекоммуникаций.

ЛИТЕРАТУРА
Engelbrecht R. Nichtlineare Faseroptik. Springer, 2014
Скляров О.К. Волоконно-оптические сети и системы связи. М.: СОЛОН-Пресс, 2004. 272 с.
Листвин А.В., Листвин В.Н. Рефлектометрия оптических волокон. М.: ЛЕСАРарт, 2005. 208 с.­
 
 Отзывы читателей
Разработка: студия Green Art